firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/0869-7493.2021.30.06.61-72firesmi-1058Research ArticleБЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ, ОБЪЕКТОВSAFETY OF BUILDINGS, STRUCTURES, OBJECTSОпределение фактических пределов огнестойкости стальных конструкций с учетом реальной пожарной нагрузкиThe evaluation of actual fire resistance limits of steel structures exposed to real fire loadinghttps://orcid.org/0000-0001-7234-1339ПузачС. В.PuzachS. V.

Пузач Сергей Викторович, д-р техн. наук, профессор, за-служенный деятель науки РФ, профессор кафедры комплексной безопасности в строительстве

РИНЦ ID: 18265

ResearcherID: U-2907-2019

Scopus Author ID: 7003537835

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26

Sergey V. Puzach, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Honoured Scientist of the Russian Federation, Professor of Integrated Safety in Civil Engineering

ID RISC: 18265

ResearcherID: U-2907-2019

Scopus Author ID: 7003537835

Yaroslavskoe Shosse, 26, Moscow, 129337

puzachsv@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1427-606XЕреминаТ. Ю.EreminaT. Yu.

Еремина Татьяна Юрьевна, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры комплексной безопасности в строительстве

РИНЦ ID: 274777

Yaroslavskoe Shosse, 26, Moscow, 129337

Tatyana Yu. Eremina, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Professor of Integrated Safety in Civil Engineering

ID RISC: 274777

Yaroslavskoe Shosse, 26, Moscow, 129337

main@stopfire.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2361-6428КорольченкоД. А.KorolchenkoD. A.

Корольченко Дмитрий Александрович, канд. техн. наук, заведующий кафедрой комплексной безопасности в строительстве

РИНЦ ID: 352067

Scopus Author ID: 55946060600

ResearcherID: E-1862-2017

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26

Dmitriy A. Korolchenko, Cand. Sci. (Eng.)., Head of Department of Integrated Safety in Civil Engineering

ID RISC: 352067

Scopus Author ID: 55946060600

ResearcherID: E-1862-2017

Yaroslavskoe Shosse, 26, Moscow, 129337

KorolchenkoDA@mgsu.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университетРоссияMoscow State University of Civil Engineering (National Research University)Russian Federation20210302202230661–72Copyright © Пузач С.В., Еремина Т.Ю., Корольченко Д.А., 20222022Пузач С.В., Еремина Т.Ю., Корольченко Д.А.Puzach S.V., Eremina T.Y., Korolchenko D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1058

Введение. Пределы огнестойкости несущих и ограждающих строительных конструкций могут быть определены с помощью метода расчета тепломассообмена при пожаре. Применение метода осложняется многофакторностью и нелинейностью задачи. При необходимости может быть создан температурный режим, учитывающий реальные условия пожара. В данной работе проведены расчеты фактических пределов огнестойкости металлических конструкций теплоэлектростанции.Цели и задачи. Определение фактических пределов огнестойкости несущих металлических конструкций при наиболее опасном сценарии развития реального пожара.Методы исследования. С учетом сложности объемно-планировочных решений здания выбран полевой метод расчета, который может быть применен для помещений сложной геометрической конфигурации, в которых один из геометрических размеров гораздо больше остальных. Решаются нестационарные трехмерные дифференциальные уравнения законов сохранения массы, импульса и энергии для газовой среды помещения (уравнения Навье – Стокса в форме Рейнольдса), а также для компонентов газовой среды и оптической плотности дыма. Для определения распределения температур внутри строительной конструкции в одномерном случае решается уравнение теплопроводности. Пределом огнестойкости строительной конструкции считается момент времени от начала пожара, когда температура хотя бы в одном месте конструкции достигает критического значения.Результаты и обсуждение. Результаты расчетов показали, что при наиболее опасном сценарии развития пожара максимальные температуры несущих металлических конструкций в течение 15 мин от начала пожара существенно меньше критической температуры 500 °С.Выводы. Огнезащита несущих металлических конструкций, расположенных в машинном отделении с паровыми турбинами, не требуется.

Introduction. The fire resistance limits of load-bearing and enclosing structures can be identified using the method of heat-and-mass transfer calculation in case of fire. The multifactorial nature and nonlinearity of the problem makes the application of this method complicated. If necessary, the temperature regime, demonstrating the conditions of real fire, can be applied. In this work, actual fire resistance limits of metal structures of a thermal power station are calculated.Goals and objectives. The co-authors attempt to identify the actual fire resistance limits of bearing metal structures in case of the most dangerous fire development scenario.Methods. Taking into account the complexity of space-planning solutions of a building, the field-focused calculation method was selected. This method is applicable to premises, featuring complex geometric shape, where one geometric dimension is much larger than the others. Non-stationary three-dimensional differential equations of mass, momentum and energy conservation are solved for the gas medium inside a room (the Reynolds type of Navier–Stokes equations), as well as the components of the gas medium and the optical density of smoke. A heat transfer equation is solved to determine the temperature distribution inside the building structure for a one-dimensional case. The fire resistance limit of the building structure is identified as the moment in time following the start of fire, when the temperature in, at least, one point of the structure reaches a critical value.Results and discussion. Calculation results show that in case of the most dangerous fire development scenario, within 15 minutes as of the start of fire, maximum temperatures of load-bearing metal structures are far below the critical temperature of 500 °C.Conclusions. Load-bearing metal structures in an engine room, that has steam turbines, don’t need fire protection.

опасные факторы пожараполевая модельдинамика развития пожарасценарии развития пожаранесущие металлические конструкцииdangerous fire factorsfield modelfire development dynamicsfire development scenariosbearing metal structuresReferencesПузач С.В. Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности. М. : Академия ГПС МЧС России, 2005. 336 с.Puzach S.V. Methods for calculating heat and mass transfer during a fire in a room and their application in solving practical problems of fire and explosion safety. Moscow, Academy of GPS EMERCOM of Russia, 2005; 336. (rus).Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении : учеб. пособие. М. : Академия ГПС МВД России, 2000. 118 с.Koshmarov Yu.A. Forecasting hazardous factors of a fire in a room : tutorial. Moscow, Academy of the State Fire Service of the Ministry of Internal Affairs of Russia, 2000; 118. (rus).Пузач С.В., Зернов С.И., Богатищев А.И., Карпов С.Ю. Расчет фактических пределов огнестойкости строительных конструкций с учетом реальных параметров пожара, действий систем пожаротушения, механической вентиляции и дымоудаления (математическая модель и методика расчета). Саранск : Мордовское книжное издательство, 2004. 80 с.Puzach S.V., Zernov S.I., Bogatishchev A.I., Karpov S.Yu. Calculation of the actual limits of fire resistance of building structures, taking into account the real parameters of the fire, the actions of fire extinguishing systems, mechanical ventilation and smoke removal (mathematical model and calculation method). Saransk, Mordovian book publishing house, 2004; 80. (rus).Пузач С.В. Интегральные, зонные и полевые методы расчета динамики опасных факторов пожара : свидетельство об официальной регистрации программы № 2006614238 в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам от 08.12.2006. № 2006613462; заявл. 12.10.2006.Puzach S.V. Integral, zone and field methods for calculating the dynamics of fire hazards : Certificate of official registration of the program No. 2006614238 in the Federal Service for Intellectual Property, Patents and Trademarks dated December 8, 2006. No. 2006613462; December 10, 2006. (rus).Пузач С.В. Определение огнестойкости строительных конструкций с учетом параметров реального пожара : свидетельство об официальной регистрации программы № 2006614237 в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам от 08.12.2006 г.Puzach S.V. Determination of fire resistance of building structures, taking into account the parameters of a real fire : Certificate of official registration of the program No. 2006614237 with the Federal Service for Intellectual Property, Patents and Trademarks dated December 8, 2006. (rus).Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М. : Энергоатомиздат, 1984. 150 с.Patankar S. Numerical methods for solving problems of heat transfer and fluid dynamics. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1984; 150. (rus).Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М. : Наука, 1987. 840 с.Loitsyansky L.G. Mechanics of liquid and gas. Moscow, Nauka Publ., 1987; 840. (rus).Hosoya T., Kawamoto H., Saka S. Pyrolysis behaviors of wood and its constituent polymers at gasification temperature // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2007. Vol. 78. Pp. 328–336. DOI: 10.1016/j.jaap.2006.08.008Hosoya T., Kawamoto H., Saka S. Pyrolysis behaviors of wood and its constituent polymers at gasification temperature. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2007; 78:328-336. DOI: 10.1016/j.jaap.2006.08.008Boonmee N., Quintiere J.G. Glowing and flaming autoignition of wood // Proceedings of the Combustion Institute. 2002. Vol. 29. Issue 1. Pp. 289–296.Boonmee N., Quintiere J.G. Glowing and flaming autoignition of wood. Proceedings of the Combustion Institute. 2002; 29(1):289-296.Zelinka S.L., Pei S., Bechle N., Sullivan K., Ottum N., Rammer D.R., Hasburgh L.E. et al. Performance of wood adhesive for cross laminated timber under elevated temperatures // Proceedings, WCTE 2018-world conference on timber engineering, Seoul, Republic of Korea. 2018. 7 p.Zelinka S.L., Pei S., Bechle N., Sullivan K., Ottum N., Rammer D.R., Hasburgh L.E. Performance of wood adhesive for cross laminated timber under elevated temperatures. Proceedings, WCTE 2018-world conference on timber engineering, Seoul, Republic of Korea. 2018; 7.Boonmee N.A. A theoretical investigation of surface glowing ignition leading to gas flaming autoignition // Fire Safety Science. 2005. Vol. 8. Pp. 139–150. DOI: 10.3801/iafss.fss.8-139Boonmee N.A. A theoretical investigation of surface glowing ignition leading to gas flaming autoignition. Fire Safety Science. 2005; 8:139-150. DOI: 10.3801/iafss.fss.8-139Babrauskas V. Ignition of wood: A review of the state of the art // Journal of Fire Protection Engineering. 2002. Vol. 12. Issue 3. Pp. 163–189. DOI: 10.1177/10423910260620482Babrauskas V. Ignition of wood: A review of the state of the art. Journal of Fire Protection Engineering. 2002; 12(3):163-189. DOI: 10.1177/10423910260620482Anon ANSI/APA PRG 320: standard for performance rated cross-laminated timber. APA –– The Engineered Wood Association, Tacoma. 2018.Anon ANSI/APA PRG 320: standard for performance rated cross-laminated timber. APA — The Engineered Wood Association, Tacoma. 2018.Merryweather G., Spearpoint М.J. Flame spread measurements on wood products using the ASTM E 1321 LIFT apparatus and a reduced scale adaptation of the cone calorimeter // Flame and Materials. 2010. Vol. 34. Issue 3. Pp. 109–136. DOI: 10.1002/fam.1001Merryweather G., Spearpoint M.J. Flame spread measurements on wood products using the ASTM E 1321 LIFT apparatus and a reduced scale adaptation of the cone calorimeter. Flame and Materials. 2010; 34(3):109-136. DOI: 10.1002/fam.1001Smagorinsky J. General circulation experiments with the primitive equations // Monthly Weather Review. 1963. Vol. 91. Issue 3. Pp. 99–164. DOI: 10.1175/1520-0493(1963)091<0099:GCEWT P>2.3.CO;2Smagorinsky J. General circulation experiments with the primitive equations. Monthly Weather Review. 1963; 91(3):99-164. DOI: 10.1175/1520-0493(1963)091<0099:GCEWTP>2.3.CO;2Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М. : Атомиздат, 1979. 416 с.Kutateladze S.S. Fundamentals of the theory of heat transfer. Moscow, Atomizdat Publ., 1979; 416. (rus).Кошмаров Ю.А. Теплотехника. М. : Академия ГПС МЧС России, 2006. 501 с.Koshmarov Yu.A. Heat engineering. Moscow, Academy of GPS EMERCOM of Russia, 2006; 501. (rus).White R.H., Dietenberger M.A. Fire Safety // Wood Handbook –– Wood as an Engineering Material, Ch. 17. US : Department of Agriculture, Forest Products Laboratory, 2002. 508 p.White R.H., Dietenberger M.A. Fire Safety. Wood Handbook –– Wood as an Engineering Material, Ch. 17. US, Department of Agriculture, Forest Products Laboratory, 2002; 508.Aseeva R.M., Serkov В.В., Sivenkov A.B., Thanh D.D. Heat and smoke release at the combustion of the different wood varieties // Fire science and technology 6th Asia –– Okeania symposium Daegu, Korea, Korean Institute of Fire Science and Engineering, March 17–20. 2004. Pp. 203–211.Aseeva R.M., Serkov V.V., Sivenkov A.B., Thanh D.D. Heat and smoke release at the combustion of the different wood varieties. Fire science and technology 6th Asia –– Oceania symposium Daegu, Korea, Korean Institute of Fire Science and Engineering, March 17 (Wed) – 20 (Sat). 2004. Pp. 203–211.Ушанов В.В., Фадеев В.Е., Харитонов В.С., Щелкунов В.И., Павловский А.В., Косачев А.А. Огнестойкость и пожарная опасность сэндвич-панелей и предложения по внесению изменений в нормативные правовые акты по пожарной безопасности в части их применения в зданиях и сооружениях различного функционального назначения // Пожарная безопасность. 2016. № 4. С. 119–122. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=27521504Ushanov V.V., Fadeev V.E., Kharitonov V.S., Shchelkunov V.I., Pavlovsky A.V., Kosachev A.A. Fire resistance and fire hazard of sandwich panels and the proposals on amendments to the normative legal acts on fire safety regarding their application in buildings and structures of various functionality. Pozharnaya bezopasnost’/Fire Safety. 2016; 4:119-122. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=27521504 (rus).Lyon R.E., Quintiere J.G. Criteria for piloted ignition of combustible solids // Combustion and Flame. 2007. Vol. 151. Issue 4. Pp. 551–559. DOI: 10.1016/J.COMBUSTFLAME.2007.07.020Lyon R.E., Quintiere J.G. Criteria for piloted ignition of combustible solids. Combustion and Flame. 2007; 151(4):551-559. DOI: 10.1016/J.COMBUSTFLAME.2007.07.020Andersen J. Experimental study of the thermal resistance of intumescent coatings exposed to different heating rates : Master of Science thesis, Civil Engineering Department, Technical University of Denmark, Copenhagen, Denmark, 2015.Andersen J. Experimental study of the thermal resistance of intumescent coatings exposed to different heating rates : Master of Science thesis, Civil Engineering Department, Technical University of Denmark, Copenhagen, Denmark, 2015.Su J., Lafrance P.-S., Hoehler M., Bundy M. Fire safety challenges of tall wood buildings phase 2: task 2 & 3 cross laminated timber compartment fire tests, fire protection research foundation, Quincy, MA U.S. Energy Information Administration (EIA) (s.d.) Consulté 22 novembre 2019, à l’adresse. 2018. URL: https://www.eia.gov/energyexplained/biomass/Su J., Lafrance P.-S., Hoehler M., Bundy M. Fire safety challenges of tall wood buildings phase 2: task 2 & 3 cross laminated timber compartment fire tests, fire protection research foundation, Quincy, MA U.S. Energy Information Administration (EIA) (s.d.) Consulté 22 November 2019, à l’adresse. 2018. URL: https://www.eia.gov/energyexplained/biomass/Simões G., Magalhães D., Rabaçal M., Costa M. Effect of gas temperature and oxygen concentration on single particle ignition behavior of biomass fuels // Proceedings of the Combustion Institute. 2017. Vol. 36. Issue 2. Pp. 2235–2242. DOI: 10.1016/j.proci.2016.06.102Simões G., Magalhães D., Rabaçal M., Costa M. Effect of gas temperature and oxygen concentration on single particle ignition behavior of biomass fuels. Proceedings of the Combustion Institute. 2017; 36(2):2235-2242. DOI: 10.1016/j.proci.2016.06.102Corbetta A.F., Frassoldati A., Bennadji H., Smith K., Serapiglia M.J., Gauthier G. et al. Pyrolysis of centimeter-scale woody biomass particles: kinetic modeling and experimental validation // Energy & Fuels. 2014. Vol. 28. Issue 6. Pp. 3884–3898. DOI: 10.1021/ef500525vCorbetta A.F., Frassoldati A., Bennadji H., Smith K., Serapiglia M.J., Gauthier G. et al. Pyrolysis of centimeter-scale woody biomass particles: kinetic modeling and experimental validation. Energy & Fuels. 2014; 28(6):3884-3898. DOI: 10.1021/ef500525vDi Blasi C., Branca C., Santoro A., Hernandez E.G. Pyrolytic behaviour and products of some wood varieties // Combustion and Flame. 2001. Vol. 124. Issue 1-2. Pp. 165–177. DOI: 10.1016/S0010-2180(00)00191-7Di Blasi C., Branca C., Santoro A., Hernandez E.G. Pyrolytic behaviour and products of some wood varieties. Combustion and Flame. 2001; 124(1-2):165-177. DOI: 10.1016/S0010-2180(00)00191-7Пожарная нагрузка. Справочник. Редакция 2. 15.05.2014. Строительные Информационные Технологии и Системы. СИТИС-СПН-1. 2014. 53 с.Fire load. Directory. Edition 2. May 15, 2014. Building Information Technologies and Systems. SITIS-SPN-1. 2014; 54. (rus).Suzuki J., Mizukami T., Naruse T., Araki Y. Fire resistance of timber panel structures under standard fire exposure // Fire Technology. 2019. Vol. 52. Issue 4. Pp. 1015–1034. DOI: 10.1007/s10694-016-0578-2Suzuki J., Mizukami T., Naruse T., Araki Y. Fire resistance of timber panel structures under standard fire exposure. Fire Technology. 2019; 52(4):1015-1034. DOI: 10.1007/s10694-016-0578-2Haseli Y., Van Oijen J.A., De Goey L.P.H. A detailed one-dimensional model of combustion of a woody biomass particle // Bioresource Technology. 2011. Vol. 102 (20). Pp. 9772–9782. DOI: 10.1016/j.biortech.2011.07.075Haseli Y., Van Oijen J.A., De Goey L.P.H. A detailed one-dimensional model of combustion of a woody biomass particle. Bioresource Technology. 2011; 102(20):9772-9782. DOI: 10.1016/j.biortech.2011.07.075Janssens M. Development of a fire performance assessment methodology for qualifying crosslaminated timber adhesives. SwRI Project No. 01.23086.01.001a, Southwest Research Institute, San Antonio, TX. 2017. 78 p.Janssens M. Development of a fire performance assessment methodology for qualifying cross-laminated timber adhesives. SwRI Project No. 01.23086.01.001a, Southwest Research Institute, San Antonio, TX. 2017; 78.Aseeva R.M., Serkov B.B., Sivenkov A.B. Fire behavior and fire protection in timber buildings. Germany : Springer Series in Wood Science, 2014. 280 p. DOI: 10.1007/978-94-007-7460-5Aseeva R.M., Serkov B.B., Sivenkov A.B. Fire behavior and fire protection in timber buildings. Germany, Springer Series in Wood Science, 2014; 280. DOI: 10.1007/978-94-007-7460-5Болдырев А.С., Золотов П.П., Люсов А.Н., Кабанов Н.П., Филиппович Н.И. Строительные материалы : справочник / под ред. А.С. Болдырева. М. : Стройиздат, 1989. 567 с.Boldyrev A.S., Zolotov P.P., Lyusov A.N., Kabanov N.P., Filippovich N.I. Building materials : a Handbook. A.S. Boldyreva (ed.). Moscow, Stroyizdat Publ., 1989; 567. (rus).Яковлев А.Я. Расчет огнестойкости строительных конструкций. М. : Стройиздат, 1988. 143 с.Yakovlev A.Ya. Calculation of fire resistance of building structures. Moscow, Stroyizdat Publ., 1988; 143. (rus).Wang L., Dong Y., Zhang D., Zhang D., Zhang C. Experimental study of heat transfer in intumescent coatings exposed to non-standard furnace curves // Fire Technology. 2015. Vol. 51. Issue 3. Pp. 627–643. DOI: 10.1007/s10694-015-0460-7Wang L., Dong Y., Zhang D., Zhang D. and Zhang C. Experimental study of heat transfer in intumescent coatings exposed to non-standard furnace curves. Fire Technology. 2015; 51(3):627-643. DOI: 10.1007/s10694-015-0460-7Suzuki J., Mizukami T., Naruse T., Araki Y. Fire resistance of timber panel structures under standard fire exposure // Fire Technology. 2016. Vol. 52. No. 4. Pp. 1015–1034. DOI: 10.1007/s10694-016-0578-2Suzuki J., Mizukami T., Naruse T., Araki Y. Fire resistance of timber panel structures under standard fire exposure. Fire Technology. 2016; 52(4):1015-1034. DOI: 10.1007/s10694-016-0578-2

The authors declare that there are no conflicts of interest present.